第1章 蜂窝移动通信基础.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑第1章 蜂窝移动通信基础 第一章 蜂窝移动通信的进展历程 现代移动通信技术始于20世纪20年头，进展到现在，大约体验了六个进展阶段 第一阶段的标志是早期移动通信系统的应用，从20世纪20年头到40年头，是移动通信的早期进展阶段 从20世纪40年头中期到60年头初期，早期的公用移动通信系统开头应用，这是现代移动通信技术的其次阶段这个阶段移动通信技术逐步应用到群众通信，系统采用人工接续方式，网络容量较小 第三阶段从20世纪60年头中期到70年头中期在此期间，美国推出了提升型移动系统（IMTS），德国推出了B网这个阶段的系统采用大区制，容量有较大的提高 第四阶段从20世纪70年头中期到80年头中期，这个阶段小区制的蜂窝移动通信系统得到了大规模应用，采用的是模拟技术，代表是美国的AMPS系统和欧洲的TACS系统 第五阶段从20世纪80年头中期到21世纪初，这个阶段的特点是数字移动通信系统得到了大规模应用，代表技术是欧洲的GSM和美国的CDMA，也就是通常所说的其次代移动通信技术（2G）数字蜂窝网络相对模拟蜂窝网，频谱利用率和系统容量得到了很大的提高。

这个阶段的移动通信系统已经可以供给数据业务，业务类型大大丰富 第六个阶段从20世纪90年头末开头，标志是第三代移动通信技术的进展和应用1999年11月5日在芬兰赫尔新基召开的ITU TG8/1第18次会议上，最终确定了3类（TDMA、CDMA-FDD、CDMA-TDD）共5种技术作为第三代移动通信的根基，其中WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是3G的3个主流标准目前，WCDMA和CDMA2000在片面地区已经正式商用这个阶段的特征是系统容量和载频利用率得到了较大的提高第三代移动通信系统可以供给高速数据业务，承载的业务类型得到了极大的丰富 表1-1给出了三种3G的主流标准的主要识别 表1-1 三种3G主流标准的主要识别 工程 复用方式 根本带宽 码片速率 无线帧长 信道编码 数据调制 扩频方式 功率操纵 基站间同步关系 核心网 WCDMA FDD 5MHz 3.84Mchip/s 10ms 卷积编码、Turbo码等 QPSK 开环＋闭环，操纵步长为1db、2db、3db 同步或非同步 GSM-MAP CDMA2000 FDD/TDD 1.25MHz或3.75MHz 1.2288/3.6864Mchip/s 10/5ms 卷积编码、Turbo码等 QPSK TD-SCDMA TDD 1.6MHz 1.28Mchip/s 10ms（每个10ms的无线帧长分为两个5ms的子帧） 卷积编码、Turbo码等 QPSK QPSK（下）、HPSK（上） QPSK（下）、BPSK（上） QPSK和8PSK 开环＋闭环，操纵步长开环＋闭环，操纵步长为为1db，可选0.5/0.25db 1db、2db、3db GPS同步 ASNI-41 同步 GSM-MAP 注：1Mchip/s表示每秒传输1M码片。

中国在移动通信技术的研究和应用上起步都对比晚，但进展很快从20世纪80年头开头，我国开头蜂窝移动通信的创办，最早于1987年在广东建成了TACS制式的模拟移动通信系统到1990年，我国有10个城市开通了模拟移动通信网络，用户达成2万人1994年，邮电部抉择引入GSM技术后，移动通信在我国获得了更加快速的应用2022年，中国联通开头了CDMA网络的创办，这样两个主流的2G技术在我国都得到了商用2022年开头，我国的GSM万里过和CDMA网络逐步升级为2.5G的GPRS和CDMA2000 1x从1987 年到1997年10年间，移动用户总数进展到了1000万户；2022年3月，移动用户数达成1亿户；截至2022年5月，我国的移动用户超过3亿户，普及率超过20％，其中中国移动约1.9亿户以上，都是GSM用户，中国联通超过1亿户，GSM约8000万户，CDMA约2000万用户以上 随着3G商用化的日益邻近，中国信息产业部对各种技术标准使用的频段举行了划分，概括信息如图1-1所示 技术模式 频分双工 时分双工 技术模式 频分双工 时分双工 频率范围/MHz 1920～1980、2110～2170 1880～1920、2022～2025 频率范围/MHz 1755～1785、1850～1880 2300～2400 （a）第三代移动通信主要工作频段调配 （b）第三代移动通信补充工作频段调配 图1-1 中国对3G频段的划分 其次章 蜂窝概念 最初的移动通信系统是基于大区制的。

由于大区制系统无法实现频率复用，随着移动通信技术的普及应用，早期的移动通信系统无法得志不断增长的容量需求 为了缓解大区制带来的频率资源慌张问题，20世纪40年头末，贝尔测验室的工作人员将蜂窝概念应用到移动通信领域，提出了蜂窝移动通信的概念，并基于该理念建立了测验蜂窝系统，最早的系统只有一个基站和多个移动终端 蜂窝移动通信系统通过重新构造无线通信系统的笼罩区域，将每个基站的笼罩限定在确定的范围内利用小区间频率复用提高频谱利用率，在有限频谱资源下可供给足够大的容量，从而解决了大区制通信系统的频率资源慌张问题 第一节 大区制与小区制 移动通信的传统方式借鉴于播送和电视系统，采用在笼罩区域中间位置的高点设置具有大功率放射机，用一个站点笼罩整个区域，这种方式就是通常所说的大区制 大区制的特点是整个服务区由一个基站笼罩，笼罩范围大，达几十千米，带来的问题是可供给的信道分外有限，在业务量不是很大的处境下就可能展现阻塞 蜂窝系统采用与大区制完全不同的方式实现服务区的笼罩，通过将整个服务区分为多个较小的区域，用放射功率较小的基站举行笼罩，这样可以用多个小区笼罩整个服务区域概括到某个站点，可以基于容量需求、地形地貌等因素，通过调全日线挂高、放射功率、天线增益等参数操纵笼罩范围，这样可以保证蜂窝系统供给足够的容量，得志不同区域的笼罩和容量需求。

其次节 蜂窝小区的特征 蜂窝移动通信系统有三个根本特征： ? 高容量理论上，蜂窝系统通过合理规划和进展，可供给无限的容量 ? 小区制蜂窝系统中的每个蜂窝相对独立，每个小区可独立供给一组信道 ? 频率复用调配给一个小区的频率，可以由另一个小区使用 蜂窝移动通信系统的这三个特征，涉及到频率复用、越区切换和小区分裂等根本概念 1、 频率复用 蜂窝系统的频率复用是指调配给某个小区的频率，可以同时调配给其他的小区 对于FDMA系统，需要通过不同频率来区分用户，相邻小区不能使用一致的频率FDMA系统频率复用时，需要有确定的隔离距离，确保使用一致频率的小区之间产生的干扰低于某一门限 对于CDMA系统，相邻小区可使用一致的频率 频率复用确保了蜂窝移动通信系统可以在有限的频段内为尽可能多的用户供给服务 2、 越区切换 蜂窝系统中的小区相对独立，每个小区的笼罩范围有限，而移动通信的特征抉择了不成能全体的通话都在单个小区内完成譬如快速移动交通工具中的用户，一次通话可能需要跨越多个小区，不同时段需由不同小区供给信道资源，这就涉及到跨小区的切换问题 越区切换确保了蜂窝移动通信系统可以为用户供给不休止的服务。

3、 小区分裂 蜂窝移动通信网络创办完成后，能供给的容量是有限的，需要根据用户的进展对网络举行调整对于笼罩话务热点区域的小区，随着用户量的不断增加，可能会由于不能供给足够的信道而展现阻塞，这种问题可以通过将一个小区分裂为笼罩区域更小的多个小区来解决，这就是小区分裂的概念理论上分裂后的每个小区能够供给的容量和原有的小区的容量一致 假设服务区由于地貌发生强烈变化，譬如笼罩区内新建大型建筑物，原有小区不能得志 笼罩需求，也可采用小区分裂的方法来解决 采用小区分裂的方法，蜂窝移动通信系统的运营商可以获得梦想的经济效益在建网初期，可以采用较少的基站得志笼罩需求，裁减一次性的投资，用较少投资获得对比梦想的效果，同时可尽快完成网络的创办；随着用户的增加，对于话务密集区域，可以采用小区分裂解决容量需求，这样可根据实际需求操纵网络的创办费用，用合理的投资获得梦想的经济效益 图1-2是小区分裂后，不同话务需求区域的小区分布处境 图1-2 不同话务需求区域的小区分布 第三节 蜂窝小区的分类 实际蜂窝网络中，小区的笼罩范围受地形地貌、用户分布和周边其他小区分布等因素的影响，分外不规矩，而且不同小区之间区别很大。

假设采用这种不规矩的小区模型举行网络的规划，设计工作的难度无疑会很大为了简化网络规划，有必要在设计阶段用规划的简化模型替代蜂窝小区的实际笼罩，适合的简化模型务必和小区的实际笼罩范围尽可能接近 考虑到全向天线增益的各向同性，假设基站周边区域各方向的地形地貌环境相近，可以用圆形近似表示一个基站的笼罩范围但是，使用圆形搭建网络拓扑布局时，会展现间隙或重叠的区域，如图1-3所示对间隙或重叠区域的不同处理，会使网络拓扑布局发生变化，有必要采用能使蜂窝不展现空隙或重叠区域的几何外形替代圆形，作为蜂窝小区笼罩的简化模型正六边形、正方形或等边三角形都能得志不展现间隙或重叠的要求，其中正六边形的面积和圆形最接近，一般在规划设计时采用正六边形作为小区的笼罩区域简化模型 小区的实际笼罩区外形和硬件配置、无线传播环境等因素紧密相关，譬如全向小区、定向单扇区、两扇区和三扇区小区都有不同的笼罩区外形，又如采用水平波瓣角为650天线的定向三扇区和900天线的定向三扇区有不同的笼罩区外形 根据笼罩区域范围大小，蜂窝小区可以分为宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝等类型另外，随着智能天线在蜂窝通信系统中的应用，展现了智能蜂窝这种新的蜂窝形式。

图1-3 蜂窝移动通信系统的笼罩 1、 宏蜂窝 宏蜂窝小区 2、 微蜂窝 3、 微微蜂窝 4、 智能蜂窝 第三章 无线传播根基理论 第一节 大尺度衰减和小尺度衰减 其次节 传播机制 第三节 自由空间传播和无线视距 第四节 路径损耗估算原理 第四章 无线传播模型 第一节 宏蜂窝传播模型 其次节 微蜂窝传播模型 第三节 室内传播模型 第五章 蜂窝移动通信系统的天线 第一节 天线主要参数 其次节 基站天线 第三节 终端天线 第四节 天线分集 — 9 —。